优化的多频非线性宽带压电能量收割机设计

科学领域:

• 收集能源 收集能源
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机械工程 机械工程

背景情况:

• 压电式能源收割机 (PEH) 通过将环境振动转化为电能,为电气设备提供可持续的电源.
• 传统的PEH面临限制,包括狭窄的带宽,低输出功率和相对于输出功率的大设备尺寸.
• 在PEH设计中的非线性对于提高性能和克服现有的局限性至关重要.

研究的目的:

• 调查非线性形状 (形与直截面) 和固定方法对PEH性能的影响.
• 开发一个优化的PEH设计,具有高输出功率和广泛的工作频率范围.
• 提出一种新的压电式能源收获机阵列,以提高能源收获效率.

主要方法:

• 使用有限元分析 (FEA) 来模拟和优化 PEH 设计方案.
• 研究了不同梁截面形状 (形和直线) 和固定方法 (固定端的数量) 的影响.
• 开发了一种新的阵列配置,由三个固定束组成,由一个中心质量连接在一起.

主要成果:

• 拟议的新型压电能量收割机阵列在25-40赫兹的频率范围内显示出35mW的显著输出功率.
• 新设计的输出功率是传统PEH设计的3.24倍.
• 通过分析和实验方法验证了FEA模拟,显示出出色的一致性.

结论:

• 拟议的非线性压电能量收割机阵列设计有效地克服了传统收割机的局限性.
• 优化形状非线性和固定方法可以提高输出功率和更广泛的操作频率.
• 这项研究为切实应用的压电能收获技术提供了有前途的进展.